EO

Buckyballen wijzen de weg naar moleculaire elektronica

27 januari 2020 om 14:15 uur

Buckyballen met een glycol-ether staart vormen spontaan een dubbellaag. De bovenste helft kan vervangen worden door bijvoorbeeld spiropyran met een glycol-ether staart. Beeld: Xinkai Qiu, Stratingh

Veel organische verbindingen vormen spontaan een enkele laag op een oppervlak. Dit zijn zogeheten zelf-assemblerende monolagen (self-assembling monolayers, Sams). De meeste Sams bestaan uit moleculen die via een zwavelhoudend deel binden aan het oppervlak, maar de laagjes die zo ontstaan zijn niet bestand tegen de zuurstof in gewone lucht. Organisch chemici van de RUG hebben nu Sams gemaakt van buckyballen, voetbalvormige moleculen die bestaan uit zestig koolstofatomen. De laagjes die deze ballen vormen hebben alle eigenschappen van de zwavelhoudende Sams, maar blijven enkele weken stabiel als ze zijn blootgesteld aan lucht. Dit maakt hen bruikbaar voor toepassingen als moleculaire elektronica.


Een artikel over de nieuwe SAMs wordt gepubliceerd in Nature Materials.


Hoogleraar Ryan Chiechi: "Zelf-assemblerende monolagen zijn dynamische structuren. Ze kunnen zichzelf repareren en de moleculen zoeken voortdurend de meest efficiënte pakking. Daarnaast zijn alle processen omkeerbaar en is het mogelijk de samenstelling van de lagen te veranderen." Dit onderscheidt Sams van andere monolagen die in gebruik zijn in functionele materialen. "Die zijn vaak heel stabiel, maar ze vertonen geen zelf-assemblage en missen daardoor de dynamiek van een echte Sam."

 

Tunneling

Sams gebaseerd op de binding van de zwavelhoudende thiol-groepen aan metaal worden veel gebruikt in onderzoek. Toepassingen zijn er ook, bijvoorbeeld voor het bevochtigen van oppervlakken, chemische lithografie, de productie van sensoren of in nano-fabricage. Met de monolagen is ook moleculaire elektronica te bouwen. Chiechi: "Een elektrische stroom gaat door zo'n monolaag via een proces dat kwantumtunneling heet. Door kleine veranderingen in de moleculaire laag is het mogelijk die geleiding te veranderen. Met behulp van chemische aanpassingen is het mogelijk nieuwe soorten elektronica te maken."


Maar de veelgebruikte thiol-Sams zijn erg gevoelig voor oxidatie, die ontstaat wanneer ze aan de lucht worden blootgesteld. Zonder bescherming gaan ze nog geen dag mee.

 

Buckyballen

Nu hebben onderzoekers echter de eigenschappen ontdekt en geanalyseerd van buckyballen die zijn voorzien van een functionele glycol-etherverbinding. De buckyballen binden zich sterker aan metalen dan thiol-groepen en de glycol-ether staarten zorgen ervoor dat de moleculen in een organisch oplosmiddel spontaan een dubbellaag vormt. "Je stopt het metaal gewoon in een oplossing van deze moleculen, en de dubbellaag vormt zich via zelf-assemblage", zegt Chiechi. Een Sam die op deze manier ontstaat is niet gevoelig voor oxidatie. Zonder enige bescherming blijven ze minstens 30 dagen intact.


"Het lijkt er sterk op dat de staarten van de moleculen met elkaar verstrengeld zijn. Dit zorgt voor een structuur die zowel stabiel als zeer dynamisch is, de moleculen kunnen vrij bewegen. Dat is een kenmerk van een Sam." De buitenste laag is simpel te vervangen door andere functionele groepen toe te voegen. Chiechi en zijn collega's hebben spiropyran gekoppeld aan de glycol-ether staart, een type molecuul dat van vorm verandert onder invloed van UV-licht. Vervolgens zetten zij een elektrode op de buitenste laag om tunneling door de Sam te meten. Hierdoor konden ze zien dat het beschijnen van de dubbellaag met licht de geleiding ervan met enkele ordes van grootte kon veranderen.

 

Zenuwcellen

Er zijn ook andere alternatieven voor thiol-Sams, maar die hebben allemaal hun beperkingen. "We geloven dat onze Sams dezelfde goede eigenschappen hebben als thiol-Sams, met als grote bonus dat ze goed tegen zuurstof kunnen", concludeert Chiechi. "Bovendien hebben we laten zien dat ons systeem te gebruiken is voor het bouwen van moleculaire elektronica." Ook lijkt het systeem geschikt om het gedrag van Sams te bestuderen en denkt Chiechi dat zijn systeem geschikt is voor onderzoek naar dubbellagen, zoals de lipide dubbellaag waaruit celmembranen bestaan.


De mogelijkheid om de samenstelling van deze Sams te wijzingen kan interessante toepassingen in moleculaire elektronica opleveren. Chiechi: "Je zou hiermee een topologische computerarchitectuur kunnen maken, die werkt zoals zenuwcellen dat doen." Veranderingen in de samenstelling van de Sam kunnen memristors opleveren en wellicht ook stochastische computers, die rekenen met de kans op een 0 of een 1 in een stroom bits. "Daarvoor kun je het aandeel van één type molecuul in de Sam gebruiken."

 

Gerelateerd nieuws

Rusland onthult Laika, zijn volgende generatie nucleaire aanvalsonderzeeër

Rusland onthult Laika, zijn volgende generatie nucleaire aanvalsonderzeeër

Rusland werkt aan een nieuw type kernonderzeeërs. De Laika, vernoemd naar een Siberisch sneeuwhondenras, is Moskou’s eerste nieuwe nucleaire aanvalsonderzeeër in bijna 50 jaar.

Razendsnel piepkleine 3D-printjes maken

Een piepklein 3D-printje in 30 seconden

Aan de EPFL is een methode ontwikkeld voor het 3D-printen van kleine, zachte objecten. Het proces kost nog geen 30 seconden.

Wie helpt Nasa aan een sensor die Venus overleeft?

Wie helpt Nasa aan een sensor die Venus overleeft?

Venus is een vijandige omgeving voor zowat alles. Inclusief sondes. En hoewel Nasa denkt dat het Venus-resistente elektronica heeft, betekent dit nog niet dat toekomstige rovers klaar zijn om het helse oppervlak van de…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Semiflexibele printplaten (PCB)

Semiflexibele printplaten bestaan uit gespecialiseerde FR-4-materialen en worden gemaakt volgens een specifieke...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

3 maart 2020, Den Bosch

High Speed and Radio frequency PCBs

Seminar about High Speed and Radio frequency PCBs

4 maart 2020, Veldhoven

RapidPro

Op weg naar de Digitale Productie

10 maart 2020, Vianen

Masterclass Machineveiligheid XL

Meer agendapunten »